湖北阳新县丰山铜矿成矿地质条件、成矿规律及深部找矿预测

肖德长, 华 二, 戴进玲, 张 旦, 杨 朋, 孙 芳

(中国冶金地质总局中南地质调查院,湖北 武汉 430081)

0 引言

丰山铜矿位于长江中下游成矿带的西端[1-2],是鄂东南地区典型的与浅成—超浅成小岩体侵入有关的大型矽卡岩—斑岩型铜(钼)矿床。丰山铜矿与鸡笼山金铜矿、李家湾铜矿、曹家湾金矿等一起组成的丰山矿田,是长江中下游成矿带的重要组成部分。矿区地质勘查工作始于20世纪50年代末,历经60余年的勘查,取得了丰硕的找矿成果,积累了丰富的地质、物化探资料。以往地质勘查工作主要集中在-500 m高程以浅,少量钻孔探索至-1200 m高程,在深部岩体与围岩的接触带及附近揭露有厚大的铜(钼)矿体,显示良好的找矿前景。矿山于1971年建成投产,前期为井下露天联合开采方式,露天生产于2001年结束采矿后,2002年矿山全部转入井下生产[3]。历经多年开采,现井下工作中段已至-440 m高程,保有资源量日渐减少,井下生产能力逐年下降,严重制约了矿山的可持续发展[4-5]。

本文在总结矿床地质特征及前人研究成果[4-14]的基础上,依据近年来丰山铜矿的地质勘查资料,对矿床成矿地质条件与成矿规律进行综合分析,开展深部找矿预测,以期为区内实现新一轮找矿突破提供借鉴和参考。

1 区域成矿背景

丰山铜矿区位于长江中下游成矿带大冶—九江铁铜金成矿亚带东南段,其大地构造位置隶属于扬子板块与华北板块碰撞对接带的长江中下游前缘短缩带的中部[15-18]。北临大别台隆,南为江南台隆与华南地槽褶皱系。区内构造具有多层次构造网络的特点,其构造演化及其在中生代的构造格局,对成矿起了决定性作用。

矿区为长江中下游鄂城—大冶—阳新—瑞昌铁铜金成矿带的一部分,隶属于九瑞矿集区西段。区内碳酸盐岩广泛分布,岩浆侵入和喷发活动强烈,因此本矿带上分布着众多规模大小不等的矽卡岩型铁矿、铁铜矿、铜矿、铜钼矿、铜金矿、金铜矿等内生矿床。

2 矿区地质特征

丰山铜矿区位于近EW向紧密线状褶皱带中的立头复式倒转向斜轴部[15-18],该复式倒转向斜在封三洞地区压缩最为紧密,向东、向西均逐渐舒张,构成近于对称的双喇叭形,两翼由若干次级倒转背向斜组成,并为若干断裂破坏而复杂化(图1)。封三洞岩体正好处于构造作用最为强烈的压扭地段,直接受立头倒转向斜及次级柯家塘倒转背斜、竹林塘倒转向斜等褶皱控制(图2)。

图1 湖北省阳新县丰山矿田地质简图

图2 丰山铜矿床地质及铜矿体分布图

2.1 地层

矿区内出露地层较为简单,主要为下三叠统大冶群(T1Dy)碳酸盐岩,细分为7个岩性段,其中大冶群第四段至第七段白云质灰岩是区内主要的赋矿地层。

2.2 构造

矿区构造以紧密线状褶皱为主,构造线方向呈NW285°。主要褶皱构造为立头倒转向斜,其南翼发育有次级柯家塘倒转背斜、竹林塘倒转向斜,北翼有次级仙人洞倒转背斜、大垅倒转向斜,构成一组近EW向的挤密褶皱构造带。主要矿体赋存于柯家塘倒转背斜和仙人洞倒转背斜的轴部顶缘及翼部。断裂构造不甚发育,且一般规模不大,主要形成于成矿之前,以横向断层为主,走向断层较少。

2.3 岩浆岩

矿区岩浆侵入活动强烈而普遍,岩性以花岗闪长斑岩为主。主岩体为沿立头倒转向斜轴面侵入的花岗闪长斑岩岩株—封三洞岩体,平面上呈NWW—SEE方向的椭圆状,出露长度2200 m,中部最大宽度800 m,向东、西两侧逐渐变小而尖灭,面积约为0.9 km2。岩体产状与柯家塘倒转背斜轴面产状一致,向南倾斜,向南东侧伏。岩体顶端因处于背斜轴部的封闭环境,形成厚大的斑岩型铜矿体。

岩体北缘接触带位于仙人洞背斜翼部地层与岩体的接触部位,整体产状与仙人洞背斜轴面一致,向南倾斜,浅部倾角较为平缓,中深部变陡,局部近于直立或倒转向北倾。在长1600 m、向南倾斜深约800 m的范围内赋存着似层状矽卡岩型铜(钼)矿体。

岩体南缘接触带位于柯家塘倒转背斜翼部地层与岩体接触部位,整体产状与柯家塘倒转背斜轴面一致,向南倾斜。受印支期由南向北推挤应力场作用,柯家塘倒转背斜南翼地层形成次级褶皱(裙边褶皱)构造,南缘接触带也依次级褶皱弯曲,矿化发育在次级褶皱的轴部与两翼,矿体呈倒勾状、透镜状,沿接触带倾斜方向呈叠瓦状、圆弧状或呈雁行排列。

2.4 围岩蚀变

从宏观上来看,丰山铜矿内由中心花岗闪长斑岩向外到灰岩方向存在着如下的围岩蚀变分带现象:花岗闪长斑岩 → 高岭土化花岗闪长斑岩 → 蚀变花岗闪长斑岩(具绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化、高岭土化等多种蚀变) → 矽卡岩化花岗闪长斑岩 → 钙铁榴石矽卡岩(内矽卡岩) → 钙铝榴石矽卡岩(外矽卡岩) → 透辉石矽卡岩(外矽卡岩) → 硅灰石矽卡岩(外矽卡岩) → 矽卡岩化大理岩 → 大理岩 → 大理岩化灰岩 → 灰岩。其中,以矽卡岩化和大理岩化与成矿关系最为密切。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

矿床受封三洞岩体与立头复式倒转向斜的联合控制,主要赋存于封三洞岩体与下三叠统大冶群碳酸盐岩的接触带及其附近,围绕岩体呈环带状分布。空间上矿体主要分布于岩体的南侧和北侧与大冶群碳酸盐岩接触带中,将其分为南缘矿带和北缘矿带[15-18]。两矿带中部相距400～500 m,在岩体东、西两端,南缘和北缘两矿带合为一体。

矿带中矿体成群出现,各矿体受NWW向线性构造控制,在平面上相互平行;在空间上,受区域紧密线性构造和深部隐伏次级褶皱(裙边褶皱)构造控制,呈叠瓦状、圆弧状或呈雁行排列。矿体的形态、产状严格受接触带构造形态和围岩产状控制。

目前控制的主要矿体有1、J1、J2、501、J26号等矿体,主要分布于0～20线的-1200 m高程以上范围内,东西长2000 m,南北宽100～620 m,矿床分布总面积约0.95 km2。

3.2 矿石特征

矿石类型以矽卡岩型铜(钼)矿石和矽卡岩角砾岩型铜(钼)矿石为主。该类矿石致密、坚硬,比重较大。矿石呈细—中粒浸染状构造。其矿物组成以脉石矿物为主,主要有石榴石、透辉石、粒硅镁石、硅灰石、透闪石等,约占矿石组成的90%。金属矿物主要为黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿等,次为辉钼矿、磁铁矿等。主要有用金属矿物为黄铜矿、斑铜矿。矿石中铜含量介于0.3%～2%之间,钼含量平均多在0.01%以上。

4 成矿条件分析

4.1 构造控矿

4.1.1 断裂

NWW向基底断裂为本区导矿构造,控制着侵入体的方向和空间位置,也控制着矽卡岩型矿体的空间位置、形态、产状。前古生代基底地层中NWW向断裂构造,是引导地下深处花岗闪长斑岩上升的通道,它控制了岩体的主体方向和形成部位。由南向北的推覆力作用下,形成了一系列的近于EW向紧密线状褶皱,轴部产生强烈挤压破碎,形成地质构造上的软弱带,导致沿基底断裂上升的花岗闪长斑岩顺着软弱带进入到上构造层中(图1),构成了本区成矿的物质来源条件。

4.1.2 褶皱

立头倒转向斜控制了封三洞岩体的产出空间位置,南北两翼的次级褶皱构造分别控制着南北缘接触带的形态和矿体产出空间部位。区内地层在由南向北的推覆力作用下,形成形状复杂的复式向斜,其南翼地层中形成揉皱折曲构造,北翼地层-600 m至-800 m高程以上形成滑动断裂构造,-600 m至-800 m高程以下地层以揉皱折曲构造为主。隐伏次级褶皱构造的存在,使成矿有利地层 (T1Dy5、T1Dy6) 重复出现。在接触带构造与褶皱构造的复合控制下有利于矿液的聚集储存,形成厚度大、品位高的矽卡岩型铜钼矿体。

4.2 岩浆岩控矿

封三洞花岗闪长斑岩主侵入体为矿区成矿母岩,表现为以下几个方面:

(1)主要矽卡岩型铜钼矿体及角砾岩型铜钼矿体环绕该岩体接触带呈环带状分布,或部分出现在距接触带不远的围岩中,在空间上紧密相关,表明岩体与成矿有直接成因关系。

(2)围岩蚀变及金属矿物围绕主岩体具明显的分带现象,反映出由高温到低温的分布特点:辉钼矿 →黄铜矿 → 铅锌矿,表明成矿流体及成矿物质与成矿热源来自岩体。

4.3 岩体与围岩接触带

岩体与围岩接触带控制着区内矿体的形成、分布和富集。伴随着花岗闪长斑岩岩浆的侵入,在强大的压力、热力作用下,对围岩产生了巨大的挤压、同化作用,由于物理化学条件的差异,使部分围岩被破坏,交代作用形成了体积变小,体重加大的矽卡岩。孔隙度增加的矽卡岩,有利于矿液的运移和沉积储存。而不同岩石界面之间形成滑动面,成为矿液运行的通道,或为有利成矿的场所。岩浆侵入时,由于受到周围岩性、构造、地层产状不同应力相互作用的影响,形成了蘑菇状岩体颈部的半封闭接触构造,大理岩呈舌状体凸向岩体中,在这些构造部位易形成厚大的矽卡岩。上升的矿流体,在不利成矿和透水性的花岗闪长斑岩顶盖阻挡下,易形成厚大的富铜矿体。

4.4 地层岩性控矿

通常大冶群第六段地层直接与岩体接触部位的矽卡岩铜(钼)含矿性较好,特别是呈舌状体凸入到岩体的部分,其他层位与岩体接触则成矿稍差。大冶群第六段含白云质灰岩为主,岩石化学性质较活泼,热稳定性差,性脆易破裂,容易被交代,因而有利于成矿。

5 成矿规律

5.1 矿床分带规律

丰山铜矿以岩体为中心,平面上按成因类型划分成矿带,依次为斑岩型铜钼矿成矿带(岩体内)—矽卡岩型铜钼矿成矿带(接触带)—热液型大理岩层间破碎金银铅锌多金属矿成矿带(外接触带)—蚀变岩型金银矿成矿带(外边部)。根据现有勘查成果,垂向上按矿石类型划分成矿带,南缘分两个成矿带,分别分布在-500 m高程以上、-500 m～-1200 m高程;北缘分一个成矿带,分布在-850 m高程以上,每个成矿带在垂向上由上至下依次为铁铜、铜钼、钼铜的矿石类型分布,表明岩体的多期次性。矿床分带特征见图3。

图3 丰山铜矿床分带特征示意图

5.2 矿化富集规律

(1)矽卡岩型矿体受构造、地层岩性和岩浆岩的联合控制,特别是主矿体,主要赋存于构造应力集中的次级褶皱构造轴部顶缘与滑脱(断裂)叠加的接触带地段及其附近,其次赋存于主接触带附近的有利成矿围岩(大冶群第六段含白云质灰岩),岩性特征变化相对稳定,形成独有的厚大扁豆体矿体和似层状矿体。

(2)以花岗闪长斑岩体(已大部角砾岩化)为中心,由内到外,铜的含量有明显的变化规律:地表沿勘探线方向,在火成岩角砾岩的中心部位有一个宽100～200 m、铜含量低于0.08%的无矿核;其外有宽约100 m、铜含量约0.12%的铜低含量带;再向外有宽20～40 m、铜含量约为0.2%的铜弱矿化带;再向外为接触带上的铜矿带,宽20～30 m,铜品位为0.3%～1.5%;最外侧进入大理岩铜含量低于0.3%,逐步远离接触带方向,含铜量进入正常背景值,此现象也说明成矿与岩体及角砾岩化作用紧密相关。

(3)在岩体侵入的主体部位,矿体成矿深度大、品位高,而东西两端的超覆侵入部位则矿化强度低、品位低。

6 深部找矿预测

丰山铜矿床是由多期次热液活动,叠加富集成矿。矿体受构造、地层岩性和岩浆岩的联合控制,特别是主矿体,主要赋存于构造应力集中的次级褶皱构造轴部顶缘与滑脱(断裂)叠加的接触带地段及其附近,其次为主接触带附近的有利成矿围岩,岩性特征变化相对稳定,形成独有的厚大扁豆体矿体和似层状矿体。

通过对丰山铜矿成矿地质条件与成矿规律进行综合分析,结合其成矿元素、围岩蚀变分带特征,预测在丰山铜矿3～17线深部仍存在矽卡岩型矿体,主要分布在南缘第三成矿带和北缘第二成矿带(图4)。其中,南缘第三成矿带分布在-1200 m至-2000 m高程,接触带整体向南倾斜,倾角较缓,局部向北倒转;北缘第二成矿带分布在-900 m至-2000 m高程,接触带整体向南倾斜,倾角较陡,局部向北倒转,其成矿地质条件相对于南缘第三成矿带稍弱。

图4 丰山铜矿深部找矿空间预测示意图

7 结论

(1)矿床的形成、分布和富集主要受断裂构造、侵入接触构造、褶皱构造控制;封三洞花岗闪长斑岩主侵入体为成矿母岩;大冶群第六段为成矿有利围岩。

(2)丰山铜矿自岩体内往岩体外边部具有斑岩型铜钼矿—矽卡岩型铜钼矿—热液脉型金银铅锌多金属矿—蚀变岩型金银矿的水平分带特征;垂向上按矿石类型南缘分两个成矿带,北缘分一个成矿带,每个成矿带由上至下具有铁铜—铜钼—钼铜的垂直分带特征。

(3)矽卡岩型主矿体主要赋存于构造应力集中的次级褶皱构造轴部顶缘与滑脱(断裂)叠加的接触带地段及其附近,其次为主接触带附近的有利成矿围岩,形成独有的厚大扁豆体矿体和似层状矿体。

(4)预测丰山铜矿3～17线深部仍存在矽卡岩型矿体,分布于南缘第三成矿带和北缘第二成矿带。